低碳钢和铸铁

实验编号3 低碳钢和铸铁扭转实验

低碳钢和铸铁扭转破坏试验

一、 概述

工程中有许多承受扭转变形的构件，了解材料在扭转变形时的力学性能，对于构件的合理设计和选材是十分重要的。材料在扭转变形下的力学性能只能通过试验来测定；扭转变形是构件的基本变形之一。因此扭转试验也是材料力学基本实验之一。

二、 实验目的

1、测定低碳钢的剪切屈服极限τs，及低碳钢铸铁的剪切强度极限τb 2、铸铁的抗扭强度极限τb

3、观察、比较分析两种材料在扭转过程中变形和破坏形式。

4、学习自动绘制T－υ曲线及微机控制电子扭转实验机、扭角仪的操作

三、 实验设备和仪器

1、 2、 3、

微机控制电子扭转实验机 游标卡尺

低碳钢和铸铁圆形扭转试件

四、试 件

扭转试验所用试件与拉伸试件的标准相同，一般使用圆形试件，d0=10mm，标距l0=50mm或100mm,平行长度l为70mm或120mm。其它直径的试样，其平行长度为标距长度加上两倍直径。为防止打滑，扭转试样的夹持段宜为类矩形，如图3-1所示。

图3-1

五、 实验原理

扭转试验是材料力学试验最基本、最典型的试验之一。进行扭

实验一：低碳钢、铸铁拉伸试验

一、实验目的

本试验以低碳钢和铸铁为代表，了解塑性材料在简单拉伸时的机械性质。它是力学性能试验中最基本最常用的一个。一般工厂及工程建设单位都广泛利用该实验结果来检验材料的机械性能。试验提供的 E，ReL，Rm，A和Z等指标，是评定材质和进行强度、刚度计算的重要依据。本试验具体要求为：

1.了解材料拉伸时力与变形的关系，观察试件破坏现象。 2．测定强度数据，如屈服点ReL，抗拉强度Rm。

3．测定塑性材料的塑性指标：拉伸时的伸长率A，截面收缩率Z。 4．比较塑性材料与脆性材料在拉伸时的机械性质。 二、实验仪器与设备:

① 微机控制电液伺服万能试验机 型号SHT5305 最大负荷300kN 1台 ②全数字闭环测控系统 型号DCS-300 1台 ③电子引伸计 1个 ④游标卡尺 0-150mm 最小刻度0.02mm ⑤刻度尺

低碳钢、铸铁的扭转破坏实验

一：实验目的和要求 1、掌握扭转试验机操作。 2、低碳钢的剪切屈服极限τs。 3、低碳钢和铸铁的剪切强度极限τb。

4、观察比较两种材料的扭转变形过程中的变形及其破坏形式，并对试件断口形貌进行分析。 二：实验设备和仪器 1、材料扭转试验机 2、游标卡尺 三、实验原理 1、低碳钢扭转实验

低碳钢材料扭转时载荷-变形曲线如图（a）所示。

T Tb Ts 0 φ

图1. 低碳钢材料的扭转图

1. 低碳钢材料的扭转图

(a) (b) (c) 图2. 低碳钢圆轴试件扭转时的应力分布示意图

ρ dA τ τs

τs 低碳钢试件在受扭的最初阶段，扭矩T与扭转角φ成正比关系(见图1)，横截面上剪应

低碳钢和铸铁的扭转破坏实验机械技术基础实验中心 机械工程基础实验之 低碳钢和铸铁的扭转破坏实验 实验目的

观察并比较低碳钢及铸铁材料扭转破坏的情况 测定低碳钢的抗剪屈服强度 及抗剪强度 测定铸铁的抗剪强度 比较低碳钢与铸铁的抗扭性能 实验设备

K-50,NJ-100B型扭转试验机 游标卡尺 实验内容

对低碳钢进行扭转破坏,观察低碳钢扭转的现象,分析断裂的原因 对铸铁进行扭转破坏,观察铸铁扭转的现象,分析断裂的原因 实验原理

圆轴受扭矩时,材料完全处于纯切应力状态,所以通常用扭转实验来研究不同材料在纯切作用下的力学性能. 图 1.9 低碳钢转角扭矩曲线 低碳钢试样的扭转

低碳钢试样受到扭转的整个过程中,扭转试验机上的自动绘图器记录出的 关系曲线,如图1.9所示.当扭矩在比例扭矩 以内,材料完全处于弹性状态,OA段为一直线,所以 与 成正比关系变化,试样横截面上

的剪应力分布如图1.10(a)所示.当扭矩增大到 时试样横截面周边上的切应力(最大切应力)为材料的比例强度 ,如图1.10(b)所示.当扭矩超过 后,试样横截面上的切应力分布发生了变化,首先是在截面周边处的材料发生了屈服(即流动),周边形成环形塑性区,此区内的切应力达到

低碳钢和铸铁的扭转实验

一、实验名称

低碳钢和铸铁的扭转实验。 二、实验目的

1．测定低碳钢的剪切屈服极限 ?s及剪切强度极限?b； 2．测定铸铁的剪切强度极限?b；

3．观察比较两种材料扭转变形过程中的各种现象及其破坏形式，并对试件断口进行分析。 三、实验设备及仪器

1．扭转试验机 2．游标卡尺 四、试样制备

低碳钢和铸铁试样如图所示，直径d=10mm，分别测量并记录试样的原始标距L0。

五、实验原理

扭转实验是将材料制成一定形状和尺寸的标准试样，置于扭转试验机上进行的，利用扭转试验机上面的自动绘图装置可绘出扭转曲线，并能测出金属材料抵抗扭转时的屈服扭矩Ts和最大扭矩Tb。通过计算可求出屈服极限?s及剪切强度极限?b。

TsTb ?s? ?b?WtWt六、实验步骤

1、测量试件标距；

Wt ，其中：

??d316

2．选择试验机的加载范围，弄清所用测力刻度盘； 3．安装试样，调整测力指针；

4．实验测试。开机缓慢加载，注意观察试件、测力指针和记录图，记录主要数据，在低碳钢扭转时，有屈服现象，记录测力盘指针摆动的最小扭矩为屈服扭矩Ts，直至实验结束记录最大

低碳钢的焊接工艺

1、材料的认识

钣金车间所焊的工件主要有冷轧板、热轧板、槽钢、镀锌板、不锈钢等。其中所用的冷轧板、热轧板、镀锌板的材质为Q195，槽钢的材质为Q235.这两种材质都属于碳素钢。下面介绍各种材料的定义。

1.1冷轧板、热轧板

热轧，是以板坯（主要为连铸坯）为原料，经加热后由粗轧机组及精轧机组制成带钢。根据用户的不同需求，经过不同的精整作业线（平整、矫直、横切或纵切、检验、称重、包装及标志等）加工而成为钢板、平整卷及纵切钢带产品。

冷轧：用热轧钢卷为原料，经酸洗去除氧化皮后进行冷连轧，其成品为轧硬卷，由于连续冷变形引起的冷作硬化使轧硬卷的强度、硬度上升、韧塑指标下降，因此冲压性能将恶化，只能用于简单变形的零件。 冷轧板跟热轧板的区别：

1）热轧板硬度低，加工容易，有较好的韧性和延展性，但机械性能远不及冷加工，也次于锻造加工。

2）冷轧板采用冷扎加工表面无氧化皮，表面光洁度高，质量好。热板采用热扎加工表面有氧化皮，质量差点(有氧化\\光洁度低)，但塑性好。

3）冷轧轧板硬度高，加工相对困难些，但是不易变形，强度较高。

4）冷轧钢板由于有一程度的加工硬化，韧性低，但能达到较好的屈强比，用来冷弯弹簧片等零件，同时由于屈服点较

低碳钢拉伸试验报告

材科1002班 任惠 41030096

一、试验目的

1、测定低碳钢在退火、正火和淬火三种不同热处理状态下的强度与塑性性能 2、测定低碳钢的应变硬化指数和应变硬化系数

二、试验原理和要求

原理：低碳钢材料的机械性能指标是由拉伸破坏试验来确定的，拉伸过程有弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。通过拉伸试验，可以确定材料的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率等性能指标。而且可以通过Hollomon公式计算出材料的应变硬化系数与应变硬化指数。

要求：按照相关国标标准（GB/T228-2002：金属材料室温拉伸试验方法）要求完成试验测量工作。

三、试验材料与试样

试验材料：退火低碳钢、正火低碳钢、淬火低碳钢的R4标准试样各一个。试样规格尺寸及公差要求如表1、表2所示；试样示意图如图1所示：

图 1 低碳钢拉伸试样示意图 表 1 R4试样的规格尺寸

原始标距Lo 50 mm 平行长度Lc 60 mm 截面原始直径d 10 mm 表 2 R4试样的横向尺寸公差

尺寸公差 ±0.07 mm 形状公差 0.04 mm 过渡弧半径r 8 mm 头部直径d’ 20 mm 四、试验测试内容与相关的测量

高、中、低碳钢各自的组织结构和性能特点

碳钢

主要指力学性能取决于钢中的碳含量，而一般不添加大量的合金元素的钢，有时也称为普碳钢或碳素钢。 碳钢也叫碳素钢，含炭量WC小于2%的铁碳合金。碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷 按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结构钢三类。碳素结构钢又分为建筑结构钢和机器制造结构钢两种 按含碳量可以把碳钢分为低碳钢（WC ≤ 0.25%）,中碳钢（WC0.25%——0.6%）和高碳钢（WC>0。6%） 按磷、硫含量可以把碳素钢分为普通碳素钢（含磷、硫较高）、优质碳素钢（含磷、硫较低）和高级优质钢（含磷、硫更低） 一般碳钢中含碳量较高则硬度越高，强度也越高，但塑性较低

低碳钢

低碳钢(low carbon steel)

又称软钢, 含碳量从0.10％至0.30%低碳钢易于接受各种加工如锻造, 焊接和切削, 常用於制造链条, 铆钉, 螺栓, 轴等。

碳含量低于0.25％的碳素钢，因其强度低、硬度低而软，故又称软钢。它包括大部分普通碳素结构钢和一部分优质碳素结构钢，天多不经热处理用于工程结构件，有的经参碳和其他热处理用于要求耐磨的机械零件。

低碳钢退火组织为铁素体和少

铸造合金熔炼原理

1、按石墨形态的不同，铸铁分为灰口铸铁；球墨铸铁；蠕墨铸铁。

2、在Fe-G-Si相图中，硅的作用：（1）共晶点和共析点含碳量随硅量的增加而减少；（2）共晶转变和共析转变出现三相共存区；（3）改变共晶转变温度范围；提高共析转变温度；（4）减小奥氏体区域。

3、只考虑Si、P等元素对共晶点实际碳量影响的计算公式为CE=C+1/3（Si+P）； 4、亚共晶铸铁凝固特点：凝固过程中，共晶体不是在初析树枝晶上以延续的方式在结晶前沿形核并长大，而是在初析奥氏体晶体附近的枝晶间、具有共晶成分的液体中单独由石墨形核开始；石墨作为领先相与共晶奥氏体共生生长； 5、过共晶铸铁的凝固特点：凝固过程则由析出初析石墨开始，到达共晶温度时，共晶石墨在初析石墨上析出，共晶石墨与初析石墨相连。 6、石墨的晶体结构是六方晶体。

7、如图所示，形成片状石墨的晶体生长是Ａ向占优，而球状石墨是Ｃ向生长占优，

8、F、C型石墨属于过共晶成分铸铁中形成的石墨

Ａ型 Ｂ型 Ｄ型 Ｆ型

9、球状石墨形成的两个必要条件：铁液凝固时必须有较大的过冷度；铁液与石墨间较大的表面张力。

1

10、球墨铸铁的球状石墨的长大包括两个

高、中、低碳钢各自的组织结构和性能特点

碳钢

主要指力学性能取决于钢中的碳含量，而一般不添加大量的合金元素的钢，有时也称为普碳钢或碳素钢。 碳钢也叫碳素钢，含炭量WC小于2%的铁碳合金。碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷 按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结构钢三类。碳素结构钢又分为建筑结构钢和机器制造结构钢两种 按含碳量可以把碳钢分为低碳钢（WC ≤ 0.25%）,中碳钢（WC0.25%——0.6%）和高碳钢（WC>0。6%） 按磷、硫含量可以把碳素钢分为普通碳素钢（含磷、硫较高）、优质碳素钢（含磷、硫较低）和高级优质钢（含磷、硫更低） 一般碳钢中含碳量较高则硬度越高，强度也越高，但塑性较低

低碳钢

低碳钢(low carbon steel)

又称软钢, 含碳量从0.10％至0.30%低碳钢易于接受各种加工如锻造, 焊接和切削, 常用於制造链条, 铆钉, 螺栓, 轴等。

碳含量低于0.25％的碳素钢，因其强度低、硬度低而软，故又称软钢。它包括大部分普通碳素结构钢和一部分优质碳素结构钢，天多不经热处理用于工程结构件，有的经参碳和其他热处理用于要求耐磨的机械零件。

低碳钢退火组织为铁素体和少